2 1數字手機整機組成概述 2 1 1射頻電路概述 組成 接收射頻電路 發射射頻電路 頻率合成器 1 接收射頻電路 組成 天線電路 射頻濾波器 低噪聲放大器 混頻器 中頻濾波器 中頻放大器 中頻解調器 RXI Q解調器 等 天線電路由天線和天線開關組成 功能 把天線接收到的射頻信號變為67 707kHz的模擬接收基帶信號 接收基帶信號 RXI Q 定義 即接收同相 正交信號 分為模擬接收基帶信號和數字接收基帶信號 2 發射射頻電路 組成 發射基帶信號帶通濾波器 TXI Q調制器 功率放大器和天線電路等 3 頻率合成器 功能 提供振蕩信號以實現接收信號和發射信號的頻率變換 組成 參考振蕩器 發射鑒相器 PD 低通濾波器 LPF 分頻器和壓控振蕩器 VCO 功能 把67 707kHz的模擬發射基帶信號變為射頻信號 并經天線輻射出去 發射基帶信號 TXI Q 定義 發射同相 正交信號 分為模擬發射基帶信號和數字發射基帶信號 2 1 2電源電路概述 分類 電源模塊 鋰電池和后備電池等 功能 實現手機與用戶的信息交換與控制 2 1 3人機界面電路概述 功能 完成對鋰電池電源 或外接電源 進行變換 以得到手機所需的各種不同電壓電源 并在手機開機時為CPU提供總復位信號等 分類 按鍵電路 顯示電路 振鈴電路 受話器電路 話音拾取電路 SIM卡座電路等 話音拾取電路功能 將語音信號變換為模擬信號 2 1 4基帶電路概述 1 邏輯控制系統 微控制器單元 MCU 組成 中央處理器 存儲器 串行并行I O 存儲器中斷控制電路和看門狗定時器等 功能 用于對手機工作過程進行管理控制 包括開機操作 射頻部分控制以及外部接口 鍵盤 顯示器 SIM卡的管理和控制等 1 中央處理器 CPU 完成微控制器單元的功能 2 只讀存儲器 在正常工作狀態下只能從中讀取數據 不能修改或重新寫入數據 只適用于存儲固定數據的場合 手機工作時 一般先由ROM中的引導程序啟動系統 再從閃存中讀取系統程序和應用程序 3 隨機讀取存儲器用于存儲手機運行過程中需要暫時保留的信息數據 分類 接收音頻信號處理電路和發射音頻信號處理電路 2 音頻處理電路 4 電擦除存儲器又稱為碼片 主要存放手機系統參數和一些可修改的數據 以及一些檢測程序 如電池檢測程序 顯示電壓檢測程序等 5 閃爍存儲器俗稱版本或字庫 以代碼形式裝載手機的基本程序 功能程序 監控程序 中文字庫和固定參數 前者用于將接收基帶信號還原為音頻信號 后者將發射音頻信號變換為發射基帶信號 通常將接收音頻信號處理電路和發射音頻信號處理電路分別稱為接收基帶電路和發射基帶電路 1 接收基帶電路 功能 對接收基帶信號進行PCM解碼 信道解碼 去交織 自適應均衡 解密 語音解碼等處理 組成 GMSK解調器 數字信號處理器 DSP PCM解碼器等 DSP對GMSK解調器得到的數字接收信號進行信道解碼 去交織 解密 語音解碼等處理 PCM解碼器將DSP輸出的數字信號進行D A轉換 得到模擬音頻信號 GMSK解調器將接收基帶信號變換為數字接收信號 功能 對話音拾取電路得到的模擬信號進行PCM編碼 語音編碼 信道編碼 交織 加密等處理 2 發射基帶電路 組成 PCM編碼器 數字信號處理器 GMSK調制器等 信號處理過程 話音拾取電路得到的模擬音頻信號經PCM編碼器進行A D轉換得到數字信號 數字信號處理器 DSP 對PCM編碼器輸出的發射數字信號進行語音編碼 交織 信道編碼 加密等處理 以及GMSK調制 TXI Q分離等 得到模擬發射基帶TXI Q信號 3 模擬基帶電路與數字基帶電路 根據基帶電路處理的信號是模擬基帶信號還是數字基帶信號 音頻處理電路又分為模擬基帶電路 ABB 和數字基帶電路 DBB 兩部分 1 模擬基帶電路 組成 PCM編解碼器 GMSK調制解調器 音頻放大電路等 負責完成對音頻信號和數字基帶信號的A D D A轉換 完成射頻電路的自動頻率控制 AFC 自動增益控制 AGC 自動功率控制 APC 等 PCM編碼對聲音等模擬信號的幅度按一定周期進行取樣 量化和編碼實現模擬信號的A D轉換 得到的脈沖編碼調制數字信號送至語音編碼器 PCM解碼為PCM編碼的逆過程 GMSK調制對數字基帶電路輸出的數字發射基帶信號 TXI Q 進行D A轉換 得到67 707kHz的模擬發射基帶信號 TXI Q GMSK解調是GMSK調制的逆過程 模擬基帶電路通過數字基帶串行接口 數字音頻串行接口與數字基帶電路進行數字基帶 數字音頻信號的傳輸 數字基帶電路通過控制串行接口來控制模擬基帶電路的工作 模擬基帶電路通常還提供音頻終端接口與輔助的ADC單元 用于對電池 附件等進行必要的監測 組成 數字信號處理器 DSP 等 或將邏輯控制系統 微處理器等 包含其中 2 數字基帶電路 作用 在微處理器控制下 DSP用于對PCM編碼器輸出的PCM數字信號進行語音編碼 信道編碼 交織 加密 突發脈沖串形成等處理 得到數字發射基帶信號送至GMSK調制器 以及對GMSK解調輸出的數字接收基帶信號進行均衡 解密 去交織 信道解碼 語音解碼等處理 得到數字信號送給PCM解碼器 語音編碼功能 提高信息傳輸效率 減小所需傳輸帶寬 對語音數據按某一特征參數進行壓縮 以盡可能地降低語音碼的比特率 信道編碼 在數字信息發送之前 在每組信息碼中插入若干個校驗碼 供接收端校驗或糾正信息傳輸過程中出現的隨機性錯碼 以提高信號傳輸的抗干擾能力 交織 在發送端將信息碼排列順序打亂 重新排列組合 使不同幀的信息碼相互穿插交錯后再發送到信道中去 在信道中即使產生成串的突發性錯碼 由于相鄰碼字已化整為零分散在不同的信息幀中 所以只引起隨機差錯 加密 通過僅由移動臺和基站知道的方式修改信息塊內容 均衡 在接收端均衡器中產生與傳輸信道特性相反的特性 抵消信道產生的延時干擾信號 以正確判斷恢復信號 2 2射頻電路的結構 2 2 1接收射頻電路的結構 GSM手機接收電路結構形式 超外差一次變頻 超外差二次變頻 直接變頻線性和低中頻 近零中頻 是由電磁波經天線感應得到的射頻 RF 信號 含有各種不同頻率成分的信號 是由天線感應得到 經天線開關輸出的射頻信號 包括接收射頻信號內多種頻率成分的信號 是由天線開關輸出經射頻濾波器濾波 低噪聲放大器放大后得到的射頻信號 頻帶寬度與手機工作頻段一致 是由低噪聲放大器放大后的射頻信號經混頻器混頻得到的中頻信號 若有兩級混頻器 第一級混頻器的輸出稱為一中頻信號 第二級混頻器的輸出稱為二中頻信號 是對混頻器輸出的中頻信號進行放大得到的中頻信號 是對中頻信號進行中頻解調 I Q解調 得到的模擬接收基帶信號 RXI Q 1 超外差一次變頻接收電路 1 天線用于將空中傳播的電磁波感應為接收射頻信號傳送至天線開關 2 天線開關用于將天線送來的射頻信號送至接收電路 或將發射電路發送的射頻信號送至天線 3 射頻濾波器用于濾除接收頻帶外的信號得到相應頻段的射頻信號 提高低噪聲放大器輸入信號的信噪比 4 低噪聲放大器 LNA 用于對射頻濾波器輸入的接收射頻信號進行放大 以滿足混頻器對輸入信號幅度的要求 5 射頻本振 即接收本振 RXVCO或LO1 用于為混頻器提供本振信號 以實現射頻信號與本振信號的混頻 6 混頻器 MIX 用于將低噪聲放大器輸出的接收射頻信號與射頻本振信號進行混頻 得到接收中頻 IF 信號 7 中頻濾波器用于濾除接收中頻外的其他信號 提高輸出信號的信噪比 8 中頻放大器用于對由中頻濾波器輸入的接收中頻信號進行放大 并送中頻解調電路 RXI Q解調 處理 9 中頻本振 IFVCO或LO2 產生的信號經過分頻 移相處理后 為中頻解調電路提供正交本振信號 分頻 移相電路通常與中頻解調電路集成在一個芯片中 10 中頻解調電路用于對接收中頻信號與正交本振信號進行混頻 還原出模擬接收基帶信號 RXI Q 接收基帶信號經放大 濾波后被送至基帶電路 在基帶電路中 經一系列的處理后還原出模擬語音信號 并推動揚聲器發聲 2 超外差二次變頻接收電路 與超外差一次變頻接收電路的區別 1 增加一級混頻器 2 本振電路 1 對頻率為13MHz或26MHz的基準時鐘信號進行處理得到 2 由二本振信號經分頻 移相電路處理得到 本振電路 VCO 為中頻解調電路提供解調用的參考信號 該信號有兩種產生方式 通常采用第二種方式 3 直接變頻線性接收電路 DCR DCR簡稱為直接變頻接收電路 別稱 因直接變頻接收電路混頻器 中頻解調 輸出為零中頻接收基帶信號 RXI Q 故又稱為 零中頻 接收電路 直接變頻接收電路接收到的射頻信號在混頻器中直接被還原出接收基帶信號 該混頻器又被稱為正交下變頻器或RXI Q解調器 2 2 2發射射頻電路的結構 GSM手機發射電路的電路結構形式 帶偏移鎖相環 帶發射上變頻器和直接調制 是由基帶電路對語音信號進行一系列處理后得到的模擬發射基帶信號 TXI Q 是由發射基帶信號在TXI Q調制電路利用TXI Q信號對發射中頻載波進行調制得到的已調發射中頻信號 是已調發射中頻信號經發射變頻電路頻率變換得到的已調發射射頻信號 是由已調發射射頻信號經發射濾波器濾波得到的發射射頻信號 是發射射頻信號經功率放大器放大得到的已調發射射頻信號 是由已調發射射頻信號經過天線開關送至天線的已調發射射頻信號 1 帶偏移鎖相環 OPLL 的發射電路結構 帶偏移鎖相環發射電路又稱為帶發射變頻模塊的發射電路或帶發射VCO發射電路 1 TXI Q調制器 無論發射電路采用哪種結構形式 從基帶電路輸出67 707kHz的發射基帶信號均被輸入到TXI Q調制器 在TXI Q調制器中 TXI Q信號對發射中頻載波進行脈沖調制得到已調發射中頻信號 已調發射中頻信號經發射中頻放大器放大后被送到鑒相器 在發射鑒相器內 發射參考中頻信號與已調發射中頻信號進行比較 得到相位誤差信號 由偏移混頻器 鑒相器 環路濾波器組成 與發射本振組成發射偏移鎖相環 2 發射偏移鎖相環 相位誤差信號經低通濾波器濾波后 得到一個包含發送數據的脈動直流電壓控制信號 去控制發射本振電路使發射本振電路輸出信號的頻率發生變化 直到發射參考中頻信號的頻率與已調發射中頻信號的頻率一致 從而完成發射本振電路的信道鎖定 3 功率放大器 二極管起到隔離作用 在功放輸出端 由取樣電路采樣取得的信號送至高頻整流電路整流 得到反映發射功率大小的直流電平 該電平與來自邏輯控制電路的功率控制參考信號在比較電路中進行比較 輸出功率控制信號去控制功放電路的偏壓或電源實現功率控制 2 帶發射上變頻器 帶發射二次上變頻器 的發射電路結構 在發射上變頻器中 已調發射中頻信號與射頻本振信號進行混頻 得到最終發射信號 特點 發射電路結構簡單 但穩定性差 3 直接調制 直接變頻 的發射電路結構 不同于其他兩種結構形式的發射電路 直接調制發射電路將調制器與上變頻器合為一體 在一個電路中完成調制與上變頻 發射基帶信號直接對射頻本振信號進行調制 得到最終發射信號 2 2 3頻率合成器 1 基準時鐘電路 基準頻率振蕩器 功能 產生13MHz 或26MHz 19 5MHz 基準時鐘信號 功能 為邏輯控制電路提供時鐘脈沖 稱之為主時鐘信號或系統時鐘信號 為頻率合成器提供基準頻率信號 基準時鐘信號的產生電路主要兩種方式 1 由專用的13MHz基準時鐘組件產生時鐘信號 該組件一般有輸出端 電源端 AFC控制端和接地端共四個端口 CDMA手機的基準時鐘信號頻率為19 68MHz 2 由一個13MHz 或26MHz 19 5MHz 石英晶振 集成電路和外接元件構成的振蕩電路產生 振蕩頻率為26MHz或19 5MHz振蕩電路輸出的基準時鐘信號需要在內部分頻后再輸出 32 768kHz的實時時鐘 RTC 信號 負責為顯示屏提供正確的時間顯示和使手機進入睡眠狀態 早期機型無此電路 故無時間顯示和睡眠功能 2 鑒相器 功能 將壓控振蕩器輸出信號的相位變化變換為脈沖直流電壓信號 該信號經低通濾波器濾波后控制壓控振蕩器輸出信號的頻率 壓控振蕩器利用鑒相器輸出相位差電壓信號的變化 通過改變壓控振蕩器內部變容二極管兩端的反向偏壓 而使壓控振蕩器輸出信號頻率得以調整 3 壓控振蕩器 利用分頻器對VCO輸出信號進行取樣分頻后送到鑒相器 以和基準時鐘信號進行相位比較 4 分頻器 分頻器分頻比分類 程控 固定 只有電池供電時 電池供電電路導通 將電源送到電源電路 外接電源時 經切換控制電路檢測 控制電池供電電路關閉 外接電源經外接電源供電電路送至電源電路 2 3電源電路的原理及組成 分類 電池供電電路 開機信號電路 升壓電路 非受控電壓輸出電路 受控電壓輸出電路和機內充電電路等 2 3 1電池供電電路 電池電源通常用VBATT VBAT BATT表示 電源開關鍵開機方式 高電平開機 低電平開機 2 3 2開機信號電路 電池信息端用于防止用戶使用非手機廠家電池 還用于對電池信息進行檢測以確定合適的充電方式 電池溫度用于防止電池溫度過高而損壞手機電池或手機 電池通過四條線和手機相連 即電池正極 BATT 電池信息 BSI BATTDAT或BATTID等 電池溫度 BTEMP 電池地 GND 開機維持信號 看門狗信號 用于維持手機正常開機 按下電源開關鍵后 電源電路對CPU供電 并對CPU提供復位信號 同時 電源電路還輸出13MHz基準時鐘電路所需的供電電壓 使13MHz基準時鐘電路輸出13MHz基準時鐘至CPU CPU在具備電源 復位信號 時鐘信號后 手機進行自檢 自檢通過后 輸出開機維持信號送到電源集成電路以取代開機觸發信號 維持手機正常開機 2 3 3升壓電路 利用升壓電路為手機電路提供穩定且符合要求的電壓 非受控電壓輸出電路用于輸出非受控電壓 非受控電壓就是只要按下電源開關鍵就有輸出的電壓 2 3 4非受控電壓輸出電路 升壓方式 振蕩升壓 開關穩壓升壓方式 一般升壓為5 5 6V 非受控電壓大部分供給邏輯控制電路和基準時鐘電路 使邏輯控制電路具備工作條件 供電 時鐘 復位 并輸出開機維持信號 非受控電壓一般是穩定的直流電壓 可以用萬用表測量 受控電壓輸出電路的輸出大多供給手機射頻電路中的壓控振蕩器 功放和發射本振等電路 2 3 5受控電壓輸出電路 2 3 6機內充電電路 待機充電器 輸出受控電壓主要是因為 一是該電壓只能在需要時出現 否則 手機功能會發生混亂 二是為了省電 使部分電壓在不需要時不輸出 受控電壓一般受CPU輸出的接收使能 RXON 發射使能 TXON 等信號控制 因為RXON TXON信號為脈沖信號 所以受控電壓亦為脈沖電壓 可以用示波器進行測量 2 4邏輯時鐘信號及其功能 手機中的邏輯時鐘信號除了基準時鐘信號和實時時鐘信號外 還有SIM卡時鐘信號等 1 VCXO 即VCTCXO 為溫度補償壓控振蕩器 由VCXO產生的13MHz基準時鐘信號送至專用集成芯片D300處理得到13MHz復合音頻模塊時鐘信號 該信號送至復合音頻處理單元處理得到自動頻率控制信號AFC反饋至VCXO 使VCXO輸出信號頻率更加穩定 2 VCXO輸出的13MHz信號在D300內經過鎖相環處理得到52MHz 3 25MHz 1 083MHz的信號 52MHz信號被送至數字信號處理單元 3 25MHz信號被送至中頻模塊N700作頻率合成時鐘信號SCLK 并經復合電源模塊給SIM卡電路作SIM卡時鐘信號 1 083MHz信號被送至液晶顯示屏驅動電路和復合音頻單元作顯示屏數據時鐘信號GENSIO 0 SIM卡時鐘信號功能 用于SIM卡與D300之間數據傳輸 3 復合音頻處理單元得到8kHz脈沖編碼同步時鐘信號PCMSYNC和520kHz脈沖編碼傳輸時鐘信號PCMCLK 這兩個信號被送至D300 它們用于數字信號處理單元與復合音頻處理單元之間的數據傳輸 2 5手機射頻電路與基帶電路組成實例 圖2 24 手機射頻電路由發射射頻和接收射頻組成 基帶電路由數字基帶 模擬基帶和電源電路等組成 4 當手機處于睡眠模式時 實時時鐘電路輸出32 768kHz信號 用作邏輯控制電路的睡眠時鐘信號 天線感應接收到的射頻信號經天線開關U400的5腳輸出到接收電路 接收信號首先經射頻濾波器FL451濾波 然后到低噪聲放大器VT418進行放大 VT418放大后的射頻信號再經射頻濾波器FL452濾波后 被送到混頻器VT420 1 摩托羅拉GSM328手機 1 接收信號傳輸路徑 VT251 VT252 VD250等組成射頻VCO電路 射頻VCO電路輸出射頻本振 即接收本振 信號 經FL453到混頻VT420電路 在VT420電路中 本振信號與射頻信號進行混頻 得到153MHz的接收中頻信號 FL420是中頻濾波器 濾波后的中頻信號經VT421進行中頻放大后 到復合中頻模塊U201內的RXI Q解調電路 在復合中頻模塊U201內 接收中頻VCO信號被2分頻 在解調電路中與接收中頻信號進行處理 得到接收基帶信號 RXI Q 射頻邏輯接口模塊U501輸出的信號經SPIDATABUS信號線到中央處理器U701 U701也是一個復合的呼叫處理單元 經U701處理后的信號再經DATABUS線到數字語音處理器U801 經U801信道解碼等處理 得到數字語音信號 從U801的78腳輸出 數字語音處理器U801輸出的信號送到PCM編譯碼器U803 雙工器U802 U801輸出的信號在該電路中經D A轉換 得到模擬的音頻信號從U803的4腳輸出 接收基帶信號從U201的46 48腳輸出到射頻邏輯接口模塊U501 U501將模擬的接收基帶信號變換成為數字信號 經串行數據線送到邏輯控制電路 送話器輸出的模擬語音電信號在U900內進行放大 放大后的語音信號經U900的16腳輸出到PCM編譯碼器U803的18 19腳 在U803內進行A D轉換得到數字語音信號 從U803的13腳輸出到U801的83腳 U803輸出模擬的音頻信號在U900內進行音頻功率放大 然后從U900的19 20腳